要 点
ZigBee是一种低功耗、较低速的无线个人局域网络技术，主要面向传感器。
ZigBee并不打算为所有人解决所有问题，因而获得了热情接受。
碱性电池将用于为大多数ZigBee设备供电。但是，从环境中获取少量能源的能量采集技术（如从光照和振动中采集能量）为某些ZigBee应用提供了省去电池的希望。
ZigBee将缓慢而稳定地进入工业应用领域。保守的做法比较有把握，因为验证低速协议的可靠性需要时间。
有了合适的协议以后（如ZigBee），无需经常与外界交流的传感器就不会消耗过多能量。有时，一节碱性电池就可以为它们提供长达十年的能量。
扎实的理论基础
为无线传感器网络制定一个标准的理论有很多，远不是“现在所有东西都在转向无线，传感器当然也不例外”这么简单。很多应用中有大量传感器。在这种情况下，传感器的安装与连接费用可以大大超出传感器自身的成本。ZigBee并不能解决所有问题，例如分布传感器并将其固定在各个安装点，因此，即使用了无线传感器，仍少不了这部分安装费。
ZigBee针对的应用范围很宽，如建筑自动化、工业、医疗和住宅控制与监控。能从ZigBee获得好处的包括需要IEEE 802.15.4互操作性、RF特性的应用。例如：照明控制;远程电、气、水表读数;无线烟感和二氧化碳检测器;HVAC（供暖、通风和空调）以及环境控制;家居安全、侵入与运动检测器;百叶窗、帐幔和遮光帘控制;医疗检测与监控;带家庭控制功能的机顶盒通用远程控制;以及工业和建筑自动化等。第一款ZigBee产品适宜家居控制、安全保障应用，会在年中出现在商店货架上。这些产品的包装上将明显标有ZigBee标志（图1）。
ZigBee规范覆盖了802.15.4 PHY（物理）和MAC（介质访问控制）层之上的网络层、安全层、应用架构层和应用外观层（图2）。802.15.4标准的2.4 GHz版本用于全球免许可频段。它指定采用半正弦脉冲形状的O-QPSK（偏移正交相移键控）调制，它相当于 MSK（最小频移键控）。每个符号承载2位、通道间隔为5MHz，最多可以有16个通道。尽管设备不会在各个通道间作跳频，但通过选择通道一般就可以做到优化接收。为减小连网设备（以及与其它技术）之间的干扰，增加数据安全性，2.4 GHz版本还使用了2M 芯片/秒的DSSS（直接序列扩频）编码。低于1 GHz版本使用具有根生（root-raised）余弦脉冲成形的BPSK（双极相移键控）调制，在915 MHz 版本中，采用2 MHz 频道间隔。（868 MHz频段只有一个通道的空间。）BPSK每个符号只传输1位。在868 MHz（大部分欧洲地区使用）
在所有三个频段中，802.15.4 MAC层都使用CSMA/CA（载波侦听多路访问/防碰撞），与以太网使用的机制基本上相同。从睡眠模式苏醒过来的一个设备准备传送数据时，先要聆听通道上的活动情况。如果检测到有活动，则它回到睡眠状态一个随机间隔后，再醒来聆听活动。如果它没有听到活动，则发送它的信息。当然，两个以上的设备可以同时聆听，以准备发送数据。其中一些可能会错误地认为通道上是安静的，于是同时开始发送数据。
消息传送/通过
按照ZigBee联盟成员的说法，由于采用DSSS编码，在干扰条件下成功发送信息的机会还是相当好的。但是，如果发送方没有收到回应，则它会退回睡眠状态一个随机时间后，再次尝试发送信息。
CSMA/CA有一个明显的问题，即不确定的延迟。也就是说，系统设计师无法确定某一条信息要花多长时间才能到达原定的接收者。但是，正如以太网数十年前已证明的，当时它的速度要比今天慢得多，但在很多一般应用中工作得很好。另外，等待响应的时间越长，系统满足需求的可能性越大。
但是，对于那些必须要确定延迟的人，IEEE标准另外提供了两种方法，共同保证延迟在一个严格的容限内。信标是一些特殊的信息，在某些 ZigBee网络拓扑中允许使用。信标会唤醒客户端设备，这些设备聆听它们的地址，如果它们没有收到则返回睡眠状态。当设备必须聆听信标时，可以确定时间间隔，它是15.38 ms到最大252s的倍数。信标可以发布一个超级帧，这是另一个特殊信息，它在信标之间提供16个时隙。在这些时隙期间，目标设备可以拥有无竞争的网络访问权。
ZigBee联盟的口号或定位是“Wireless control that just works”（刚刚好的无线控制）。对于其早期的所有应用来说，ZigBee忠实地实践了这一口号，但它花了大量工作和技术来使无线控制“工作”起来。
ZigBee规范的1.0版（参考文献1）有426页，PDF文件就有8M字节，可以从联盟的网站上免费下载。另外，该规范并不处理 5 M 字节、679 页 IEEE 802.15.4-2003 标准所覆盖的 PHY 和 MAC 问题（参考文献 2）。换句话说，虽然 ZigBee 是一个备受瞩目的低功耗、较低速度的协议，但它的开发者却为它付出了相当多的努力，以确保用户不会手忙脚乱或遭受烦恼。
无线通信协议有一个困扰所有潜在用户的问题，这就是数据安全性。虽然你可能关心的是屋外一个侵入者对你的损害程度，例如他是否试图找到甚至更改你楼下的调温器设置，但在工业和商务应用中，这种危害会更高。即使是在家庭中，侵入者也不会费力做一些像冻住水管这类恶作剧。ZigBee 的 DSSS 编码提供第一层安全性，但 ZigBee 还使用了一种安全工具箱方法，保证网络的可靠与安全。例如，访问控制列表、包刷新定时器和基于 NIST（国家标准与技术学院）认证先进加密标准的 128 位加密算法等，它们共同保护数据传输以及 ZigBee 网络自身的安全。
ZigBee的技术基础
ZigBee规范的基础是简介表，一个实例是家居照明控制。初始版可以允许六种类型的一系列设备交换控制信息，从而构成一个无线家居自动化应用。这些设备互相交换共享的信息，实现有效的控制，如开灯或关灯、将灯光传感器测量值发送给照明控制器，或当入侵传感器检测到运动情况时发送一个警告信息。另一个例子是定义所有 ZigBee 设备动作的设备简介表。例如，无线网络依靠自主设备的能力加入一个网络，并发现它提供的其它连网设备和服务。 该设备简介表支持设备与服务的发现。
ZigBee 规范还允许设备制造商建立专有的简介表 ，以实现其它制造商产品中没有的功能。但是，该联盟认为，这种专有功能不应妨碍不同制造商设备在网络中的共同运行。就是说，即使其它网络设备缺乏实现这些专有设备独具的能力，实现专有简介表的设备也应能完成它们的基本功能。
一个 ZigBee 设备的平台部分实现了 RF通信 和基带通信功能。虽然多芯片 ZigBee 平台现在很普遍，但预计不久的将来，最常用的平台配置是使用一个芯片，即不是在所有平台上用相同的设计，而是几家供应商中任何一家的单个芯片（图 3）。不同制造商的平台芯片在细节上有差异，主要是看使用 2.4 GHz 还是 868/915 MHz 频段，在量产情况下芯片的预期成本约 5 美元。尽管有这些差异，但这些 IC 都能完成与 ZigBee 相关的所有功能，特殊应用除外。除了 RF 功能以外，这些芯片还包含一个处理器和足够容量的非易失性可擦写存储器（即闪存），用
当然，软件在 ZigBee 中扮演着中心作用，如果没有办法作软件升级，则任何与软件无关的协议实现都是不完美的。但是，在一个无线环境中，这种升级会带来特殊的问题，即设计师必须在部署设备前先行工作（见附文“在无线传感器网络中用无线下载软件”）。
在大批量的应用中，除非将专用功能与ZigBee平台功能集成在一起确有一定意义，否则希望专用功能放在第二只芯片上。某个行业正在开发提供ZigBee平台模块，它包括平台芯片和附加电路，如支持芯片的时钟晶体。这类模块中有些可为最终器件的专用部分提供原型功能，另外一些则面向缺乏原型功能的批量生产使用。
困难的问题
有关ZigBee的一个常见问题是 ：“传输距离是多少？”虽然可以简短地来回答是10 m ~ 100m，但提问毕竟要比回答简单得多。完整的答案不仅依赖于网络工作频率是2.4 GHz还是低于1GHz，而且还要看网络设备是装在室内还是室外。其它因素包括是否工作在0dBm，哪个是最常用的功率，以及ZigBee 芯片直接支持哪个功率，或者使用更高的功率。最大功率是 20 dBm，但它需要 ZigBee 芯片外接放大器。最重要的变化因素是数据在到达目标以前经过了多少次跳跃。虽然 2.4 GHz 频段比 868 MHz 和 915 MHz 频段有更高的数据速率，但 1GHz 以下频率的支持者（如 ZMD，www.zmd.biz）称低频传输要更可靠，因为在低于 1GHz 频段上很少有用户干扰，并且在较低频率下，信号失真和反射问题不那么严重。而且，较低频率的设备通常功耗也较小。
ZigBee NWK（网络层）支持星形、树状和网格拓扑（图 4）。网络设备可以转发其它网络设备的信息。在星形拓扑中，由 ZigBee 协调者控制网络。协调者初始化并维护网络设备，所有其它设备都是终端设备，直接与协调者通信。在网格和树状拓扑中，协调者负责起动网络并选择某些重要的网络参数。
ZigBee 路由器可以用于网络的扩展。在树状网络中，路由器通过使用层次路由策略的网络移动数据和控制信息。树状网络可以用面向信标的通信。网格网络则允许完全的点对点通信。
库存管理中的资产跟踪是 ZigBee 的一个有趣应用，此时 ZigBee 要比通常采用的 RFID（射频标识）技术更加有用。RFID 标签是无源的，它们从外部接受能量，并对来自 RF 信号的查询作出响应。问题是，设备发出的查询信号通常距 RFID 标签不超过 3 m。如果你试图在一个大型研发或制造企业中确定测试仪器的位置，就会遇到困难。而 ZigBee 网络则可以在一个大型园区内跟踪仪器的位置。每个仪器都必须有一个 ZigBee 平台，虽然ZigBee平台比 RFID 标签的成本高，但库存管理中节省的人力成本，以及无需将仪器送去校正而节省的费用，仅在第一年内就会超过 ZigBee 平台高于RFID标签的成本。
龟兔赛跑
ZigBee 在工业应用中的进展可能不会创造速度纪录，但该技术却很可能赢得与其它竞争技术的竞赛，方式就如同龟兔赛跑一样，缓慢而稳定。例如，用不了多久 ZigBee 就可以证明自己具备很多工业应用需要的“五个 9”（99.999%）正常运行时间。这种证明要花时间，主要原因是当用户准备将其用于预期开发目标时协议的低速度。基于交易的应用在测量 ZigBee 速度时不是按每秒交易数，而是按每分钟、每小时或甚至每个月的交易数。因此，在预测实际应用的可靠性时，必须考虑统计与概率。这样，可能需要数个月才足以证明一个应用每个月的错误不超过一个的高度把握性。在测试行业中，速度问题会让一些人认为基于位或帧误码率的有效协议不适用于 ZigBee，而基于 EVM（误差向量强度）的测试能更快地得到准确的答案。但是，业界对 ZigBee 技术的热烈欢迎正在鼓舞联盟成员。在 ZigBee 规范公布的头一年内，开发人员下载规范的次数已超过 18000 次。
有前瞻性的业内 ZigBee 用户还在考虑另一个问题，就是 ZigBee 设备对电池的依赖性。ZigBee IC 有能力测量为其提供电力的电池充电状态，并且具备在电池需要更换前发送警告信息的例程，这些都由开发工具供应商嵌入在 ZigBee 栈内。但是，如果需要特殊的努力才能确定 ZigBee 传感器的正确位置，用户就可能会延迟电池更换，使电池耗尽，这样可能造成费用高昂的故障。
现在有多种技术可以扩展电池寿命或无需使用电池。如果能在传感器中嵌入更多智能而不消耗更多能量，从而可以独立作出数据相关的决策，而不致影响到远程系统部件，则可以减少传感器的通信要求，降低通信使用更多能量的需求。但是，这种智能传感器
参考文献
1. ZigBee 1.0 specification-download request: www.zigbee.org/en/spec_download/download_request.asp.
2. IEEE 802.15.4-2003 standard: http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.15.4-2003.pdf.
3. National Instruments, white paper, The real issue limiting wireless-sensor networks, 2006, http://digital.ni.com/express.nsf/bycode/sensors.
4. Conner, Margery, "Energy harvesters extract power from light, vibrations," EDN, Oct 27, 2005, pg 45, www.edn.com/article/CA6275407.
减少错误
ZigBee栈中的帧检查序列可以减少传送错误。各个层每次都使用这些序列，为自己提供有保证的提交支持。另外，可以在文件的整个传送过程中用一种方法（如CRC）进行最终检测，并检查是否有未完成的新下载代码实体。ZigBee和802.15.4的MAC 与 PHY（物理）层都支持文件传输的加密。
文件升级分配架构处理的问题是目标平台如何“知道”需要升级。TI的方法是使用一个可管理的客户机/服务器技术，其中一个管理工具确定每个平台上的代码版本，并根据平台的位置和代码的有效性设定客户机和服务器的角色。新代码的渗透程度会随着收到代码的目标平台增多而增加。每个已升级的客户机就都可以成为另一个客户机的服务器。管理工具随时快速设定这些角色。这一技术是可行的，因为这些网络尽管都很大，但都有良好的定义和合理的稳定性。这种环境中管理工具是很有用的。
